一次中等強度冷空氣對人群高血壓疾病影響的實驗研究

張書余 張夏琨 王春玲 王寶鑒

（1 河北省氣象局，石家莊 050021；2 國家氣象中心，北京 100081；3 北京市氣象局，北京 100089；4 蘭州中心氣象臺，蘭州 730020 ）

一次中等強度冷空氣對人群高血壓疾病影響的實驗研究

張書余1張夏琨2王春玲3王寶鑒4

（1 河北省氣象局，石家莊 050021；2 國家氣象中心，北京 100081；3 北京市氣象局，北京 100089；4 蘭州中心氣象臺，蘭州 730020 ）

通過中等強度冷空氣對人群高血壓疾病影響的實驗研究，探討冷空氣對高血壓疾病影響的機理。選取甘肅省張掖市為實驗地點，于現場研究前，經健康篩查及血液學檢查和實驗過程嚴格的質量控制，最后確定30例心腦血管疾病患者為病例組，30例健康人為對照組。在2013年4月27—28日冷空氣發生的過程中進行了科學實驗，分別于冷空氣暴露前、過境時和過境后對60名研究對象進行了血壓、去甲腎上腺素（NE）、腎上腺素（E）和血管緊張素Ⅱ（ANGⅡ）檢測，分析了其在冷空氣過境前、中、后的變化。結果表明，冷空氣暴露過程可導致人群NE、E和ANGⅡ的代謝和分泌顯著增加，引起無論是心血管病人還是健康人血壓升高，并且在冷空氣影響結束后還不能立刻恢復。通過這些生化指標分析得知，冷空氣過程導致心腦血管病人和健康人血壓的升高途徑主要是交感神經系統（SNS）的激活，ANGⅡ濃度水平的升高，進而促進NE的釋放增加，激活血管緊張素系統（RAS）。通過這些系統的綜合作用，共同導致血壓的升高；初步探討了冷空氣活動導致人群血壓升高的可能機理。

冷空氣，去甲腎上腺素，血管緊張素Ⅱ，高血壓，機理

0 引言

隨著近些年來世界范圍內對冷空氣引發心腦血管疾病的關注和研究，冷空氣已被公認為是造成心腦血管疾病發病率和死亡率增加的重要危險氣象因素之

一[1-11]。世界衛生組織（World Health Organization，WHO）的一份研究報告表明，較冷的中國北方高血壓疾病及相關心腦血管疾病發病率明顯高于較暖和的南方[12]。急性冷刺激能夠引起人體血壓的收縮壓升高20mmHg以上[13-14]，而短暫的低溫刺激也能引起人類和動物血壓的迅速增加[15-19]。許多流行病學研究結果提示在寒冷季節里低溫可能會最終造成高血壓疾病[20]，并導致中風及心梗等高血壓相關心腦血管疾病的發生[21-23]。實驗模擬冷空氣對大鼠的冷刺激，均可以導致大鼠血脂四項（甘油三脂、血清總膽固醇、高密度脂蛋白膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇）及血粘度升高[24-25]。Lou等[26]模擬不同強度等級的冷空氣對高血壓和健康大鼠的影響，表明隨著冷空氣強度的增加，不論是對健康還是對患高血壓的大鼠，對血壓的影響隨著冷空氣的強度增加而更加明顯。在此基礎上，文獻[27-28]通過動物實驗對其影響機制進行了初步研究，那么在冷空氣發生發展的過程中是否對人群的影響也是具有類似的機制呢？本文以2013年4月發生在甘肅省張掖市的一次中等強度冷空氣為實驗實例進行了研究，甘肅省張掖市地處中國北方，氣候類型復雜，天氣多變，溫差較大。它是中國西北方冷空氣東移南下的必經要道，每年影響我國約95%的強冷空氣會從甘肅省經過。惡劣的天氣條件會對當地居民生活和身體健康造成很大影響，尤其是對心腦血管疾病患者帶來更大的威脅。在本次中等強度冷空氣對人群心腦血管影響實驗過程中，分別檢測了冷空氣過境前、過境期間和過境后心腦血管疾病病人和健康人血壓和去甲腎上腺素（NE）、腎上腺素（E）和血管緊張素Ⅱ（ANGⅡ）等指標水平，分析其在冷空氣過境前、過境期間和過境后的變化，探討冷空氣活動對人群高血壓疾病的影響機理。

1 材料與方法

1.1 研究地點

選擇沒有化學工業污染，空氣質量符合環境空氣質量一、二級標準，空氣潔凈度優良，天氣多變，溫差較大的西部和西北部冷空氣南下必經之處的甘肅省張掖市作為研究地點。

1.2 研究對象

采用隨機整群抽樣的方法，選取張掖市人民醫院為監測點，查閱距監測點半徑1000m范圍內、年齡在40～70歲的居民健康檔案，經健康篩查及血液學檢查無器質性疾病卻具有血壓高癥狀的心腦血管病人，于現場實驗前，選擇無煙酒嗜好，近3天未服用心腦血管疾病藥物的患者70例，按相同入選條件選擇健康人70例作為對照。2013年4月26—29日，工作人員對納入實驗的人群進行問卷調查，問卷內容包括近4天的身體狀況、飲食、服用藥物和活動范圍等情況，盡量排除混雜因素，保持病例組和對照組相同的暴露史。同時按實驗方案要求進行各種檢驗。實驗過程中放棄依從性差（未按時采血、測量血壓）及不符合條件（服用了各種藥物、精神受到刺激及患流行性感冒等疾病）者，最終數據來自全程嚴格執行實驗條件的心腦血管疾病病人30例（男女各15例）作為病例組，入選的患者主要包括： 6例腦血栓、2例腦溢血、12例冠心病和10例高血壓疾病的志愿患者，平均年齡為59歲。按相同入選條件選擇健康人30例（男女各15例）作為對照組，平均年齡為55歲。病例組和對照組的性別和年齡構成差異無統計學意義（均P＞0.05）。

1.3 實驗資料采集

1）測定指標：血壓（BP）、E、NE和ANGⅡ等指標。

2）樣品采集：于冷空氣過境前24h（4月26日上午）、過境時[氣溫降至最低（4月28日05:00—07:00）]和過境后24h（4月29日上午）分別采集空腹肘靜脈血各5ml，樣品均收集至無抗凝劑真空采血管內，于3000r/min離心后，血清于-80℃凍存。

3）測定方法：各類生化指標采用酶聯免疫吸附（ELISA)雙抗體夾心法檢測，即用純化的樣本抗體包被微孔板，制成固相抗體，再加入待測樣本及酶標試劑，形成抗體-抗原-酶標抗體復合物，經過洗滌加入顯色劑，然后在450nm波長下測定吸光度，計算待測樣本濃度。ELISA試劑盒由美國R&D公司生產，西安科昊生物工程有限公司分裝。酶標儀由奧地利TECAN公司生產，檢測由蘭州大學醫學實驗中心完成。

4）環境氣象資料：本次人群實驗研究在甘肅省張掖市2013年4月26—29日的一次冷空氣活動時進行。冷空氣過程資料，包括氣溫、氣壓、相對濕度等逐時監測數據由蘭州中心氣象臺提供。逐日空氣質量資料由張掖市環保局提供。冷空氣類型按中央氣象臺2006年制定的中國冷空氣等級國家標準GB/ T20484—2006確定[29]。

1.4 質量控制

人群現場實驗點選擇在空氣質量優且沒有其他因素影響的地點。實驗前首先對參加實驗的醫生、護士、課題組研究生及相關人員進行培訓，使每個參加實驗的工作人員均熟悉患者及健康人的納入標準、掌握生物樣品采集要求和規范及其他注意事項，并與檢

測醫院聯系確保檢測的及時準確。檢測的試劑均達到生化指標檢測級別和標準。及時建立Excel數據庫，對數據進行嚴格的復查和審核。

1.5 統計學方法

利用SPSS19.0軟件建立數據庫并對所有指標數據進行統計分析和處理，計量數據均以平均值±標準差表示，計算方差齊性后利用單因素方差分析對三組間各指標結果進行差異檢驗分析，兩組間比較采用獨立樣本t檢驗。

2 結果分析

2.1 環境氣象要素變化分析

由表1和圖1可見，張掖市2013年4月26日最低氣溫為16.2℃，28日為8.8℃，48h最低氣溫下降7.4℃，根據GB/T20484—2006[29]，本次冷空氣符合中等強度冷空氣標準，屬于一次中等強度冷空氣過程。另外，最低相對濕度為6%，出現在冷空氣過境前26日06時，最大相對濕度為43%，出現在冷空氣過境時28日06時（表略）。最低氣壓為998.3hPa，出現在冷空氣過境前27日03時，最高氣壓為1009.9hPa，出現在冷空氣過境后28日08時（表略）。4月26—29日張掖空氣中SO2、NO2日平均濃度分別小于6和10μg/m3，可吸入顆粒物為40～60μg/m3（表略）。空氣質量優良，對人體健康的影響可以忽略不計。

表1 2013年4月張掖市冷空氣過程的基本氣象數據（單位：℃）

2.2 NE檢測結果分析

圖2是冷空氣活動中病例組和對照組NE平均水平變化，病例組和對照組在冷空氣過境前、中、后三個時段的NE水平呈增加趨勢，其中病例組為持續增加，在冷空氣暴露時為306.86ng/L，與暴露前比增加了148.13ng/L,并且在冷空氣影響結束后仍維持在較高水平，為363.39ng/L，與暴露前比增加了204.66ng/ L，過境后與過境前、過境中相比，均有明顯差異（P＜0.05）。對照組在冷空氣過境后NE平均水平略有下降，但與過境前相比有明顯差異（P＜0.05）。

2.3 E檢測結果分析

圖3所示，冷空氣活動前、中、后病例組和對照組E均呈現正增長趨勢，但增長的幅度很小，無明顯差異（P＞0.05）。以病例組為例，在冷空氣暴露時為78.65ng/L，與暴露前比增加了1.34ng/L,而且在冷空氣影響結束后仍維持在較高水平，為81.3ng/L，與暴露前比增加了3.99ng/L。冷空氣過境后，對照組E水平較過境時出現小幅度降低，但高于過境前水平。

2.4 ANGⅡ檢測結果分析

圖4是冷空氣活動過程中病例組和對照組ANGⅡ平均水平變化趨勢。在冷空氣過境前、中、后三個時段，無論是病例組還是對照組ANGⅡ的平均水平均呈

正增長趨勢，其中與過境前比較，病例組和對照組過境時分別升高了39.1和46.7ng/L，存在著顯著性差異（P＜0.001）；過境后病例組、對照組的ANGⅡ的平均水平均有所下降，但均大于過境前的水平，分別升高26.1和34.7ng/L，并存在顯著性差異（P＜0.005）。

2.5 血壓的檢測結果分析

表2和圖5是在冷空氣活動過程中各個時期檢測的病例組和對照組血壓收縮壓和舒張壓的平均值變化。在冷空氣過境前、中、后三個時段，病例組和對照組的血壓舒張壓和收縮壓平均值變化趨勢均呈正增長，以病例組為例，收縮壓平均值在冷空氣暴露時為136.3mmHg，與暴露前比增加了11.6mmHg，在冷空氣過境時達到最大。在冷空氣影響結束后收縮壓平均值仍在較高水平上維持，為131.7mmHg，與暴露前比增加了7.1mmHg，過境后出現回落，但仍比過境前高。病例組在冷空氣影響時，與過境前比具有顯著性差異（P＜0.05），而對照組無顯著性差異（P＞0.05）。在冷空氣活動同一時期的血壓，病例組和對照組對應比較，統計均存在顯著性差異（P＜0.05）。由此可見，冷空氣可引起無論是心血管病人還是健康人血壓升高，對心血管病人的影響更顯著，并且在冷空氣影響結束后還不能立刻恢復。

表2 冷空氣活動過程中血壓收縮壓測定結果分析（ ，單位：mmHg）

表2 冷空氣活動過程中血壓收縮壓測定結果分析（ ，單位：mmHg）

注：＊與過境前比較，P＜0.05。

病例組 對照組（健康人）年齡 40～50 50～60 60～70 40～50 50～60 60～70過境前 121±3 124±5 129±4 115±5 118±4 129±5過境中 132±5* 137±6* 140±7* 121±4 127±6 137±7過境后 127±4 133±4 135±6 118±3 124±4 131±5

3 討論與總結

3.1 討論

為了研究本次中等強度冷空氣過程對血壓影響的機制，我們檢測了病例組和健康對照組血中的NE、E和ANGⅡ等血漿濃度水平。綜上結果分析發現ANGⅡ血漿濃度無論在病例組還是對照組都呈升高的趨勢，而且在過境時其濃度最高，與血壓的變化趨勢相同。在病例組和健康對照組血漿中NE濃度的變化也出現了同樣的趨勢，只是病例組其濃度在過境時和過境后中呈持續升高，過境后血壓雖有下降，但仍處于較高水平，而健康對照組這種狀態僅出現在過境時，過境后無論是NE濃度還是血壓很快恢復，預示該冷空氣過程對病例組血壓的影響時間將長于健康對照組。

NE血漿濃度的升高說明機體交感神經系統（SNS）正被激活，而ANGⅡ血漿濃度的升高表明機體內血管緊張素系統（RAS）也被激活，這兩個系統的激活必然導致血壓的升高。NE和ANGⅡ都是收縮血管物質，具有很強收縮血管功能。NE與腎上腺素能α受體結合，使得全身血管廣泛收縮。ANGⅡ可作用于血管平滑肌，引起全身微動脈收縮。在這兩個物質的作用下，全身血管收縮，從而導致血壓的升高。許多研究已經充分證明了冷刺激中血壓的變化機制是由于興奮了SNS和RAS從而導致血壓的升高[30,31]。盡管與這些研究中所運用的冷刺激不同，此次冷空氣過程中氣溫是逐漸下降的，但對于機體也是一種冷刺激過程，并同樣導致了血漿NE和ANGⅡ濃度的升高。由此我們不難得出結論，冷空氣導致機體血壓的升高也是通過興奮SNS和RAS來進行的。 循環血中NE的來源除了腎上腺髓質外，也有一部分來源于腎上腺能神經末梢的釋放，而ANGⅡ也能通過這條途徑[32]增加NE的釋放，則我們在該冷空氣過程中發現的NE增加主要是由ANGⅡ的增加所引起的。如上所述，本次冷空氣

過程導致心腦血管病人和健康人血壓的升高途徑主要是激活RAS系統，使得ANGⅡ濃度水平升高，進而促進NE釋放的增加，也因此興奮SNS。通過這些系統的綜合作用，共同導致血壓的升高。

3.2 結 論

通過以上實驗和分析可得出以下結論：（1）冷空氣活動對心腦血管疾病影響最大、最敏感指標是NE和ANGⅡ；（2）冷空氣過程導致心腦血管病人和健康人血壓升高的途徑主要是激活SNS，ANGⅡ濃度水平的升高，進而促進NE釋放的增加，激活RAS。通過這些系統的綜合作用，共同導致血壓的升高；（3）冷空氣過程對心腦血管病人血壓變化的影響比健康人顯著，而且冷空氣對心腦血管病人影響的時間長于健康人。

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Effects of Moderate Strength Cold Air Activity on Hypertensive Patients

Zhang Shuyu1, Zhang Xiakun2, Wang Chunling3, Wang Baojian4
(1 Hebei Provincial Meteorological Bureau, Shijiazhuang 050021 2 National Meteorological Centre, Beijing 100081 3 Beijing Meteorological Bureau, Beijing 100089 4 Lanzhou Central Meteorological Observatory, Lanzhou 730020)

The mechanism underlying the effects of cold air on hypertensive disorders was investigated in an experimental study examining blood pressure and biochemical indicators. Zhangye, a city in Gansu Province, China, was selected as the experimental site. Health screening and blood tests were conducted. 30 cardiovascular disease patients and 30 healthy subjects were recruited. The experiment was performed during a cold event during April 26-29, 2013. Blood pressure, norepinephrine (NE), epinephrine(E) and angiotensin II (ANG-II) levels of the 60 subjects were evaluated 24 h before cold air activity, during cold air activity , and 24 h after cold air activity. The change before, during, and after the cold air activity was analyzed. Cold air exposure can cause a significant increase of metabolism and secretion of norepinephrine (NE), epinephrine (E) and angiotensin II(ANG-II) in subjects, Furthermore, the mean value of NE, E, ANG II and the systolic blood pressure still maintained at a high level one hour after the end of the cold air exposure. The impact of cold air exposure on the change of blood pressure was shown in both cardiovascular patients and healthy people, and the effect on the cardiovascular patients lasted longer. Cold air exposure increases blood pressure in cardiovascular disease patients and healthy subjects via the sympathetic nervous system (SNS) that is activated first and which augments ANG-II levels accelerating the release of the norepinephrine and stimulates the renin-angiotensin system (RAS). The combined effect of these factors leads to a rise in blood pressure. This paper discusses preliminarily the possible mechanism for increasing human blood pressure led by cold air.

cold air, norepinephrine (NE), angiotensin II (ANG-II), hypertension disorders, mechanism

10.3969/j.issn.2095-1973.2015.06.006

2014年2月17日；

2014年7月10日

張書余（1958—），Email: zhangsy@cma.gov.cn

資助信息：國家自然科學基金項目（40975069）；公益性行業（氣象）科研專項（GYHY201106034）